Átomos: estrutura eletrÔnica. o que fazem os elétrons? como eles se mantém em órbita? as leis...
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ÁTOMOS:
ESTRUTURA ELETRÔNICA
O que fazem os elétrons?
Como eles se mantém em órbita?
As leis da física eram insatisfatórias para descrever movimento de partículas tão pequenas quanto os átomos.
Bohr propôs a elucidação da estrutura atômica pelo estudoda natureza da luz emitida pelas substâncias a temperatura alta ou sob influência de descarga elétrica
Melhor maneira de investigar a estrutura atômica - estudoda interação dos átomos com a radiação eletromagnética
•Todas as ondas têm um comprimento de onda característico, , e uma amplitude, A.
•A frequência, , de uma onda é o número de ciclos que passam por um ponto em um segundo.
•A velocidade de uma onda, v, é dada por sua frequência multiplicada pelo seu comprimento de onda.
•Para a velocidade da luz = c = 2,99x108 m.s-1.
Propriedades das Ondas
λ é geralmente expresso em metros (m) ou nm (visível)ν é expressa em s-1 (hertz – Hz)
Natureza Ondulatória
•A radiação eletromagnética se movimenta através do vácuo com uma velocidade de 2,99 x 108 m/s.
•As ondas eletromagnéticas têm características ondulatórias semelhantes às ondas que se movem na água.
Natureza Ondulatória
Natureza Ondulatória
• Planck: a energia só pode ser liberada (ou absorvida) por átomos em pacotes, chamados quantum (mais tarde denomidos fótons).
• A relação entre a energia de um fóton e a frequência é
onde h é a constante de Planck (6,626 10-34 J s).
• O efeito fotoelétrico fornece evidências para a natureza de partícula da luz - “quantização”.
Para entender a quantização, considere a subida em uma rampa versus a subida em uma escada:
Para a rampa, há uma alteração constante na altura, enquanto na escada há uma alteração gradual e quantizada na altura.
hE
Energia e Fótons
Einstein supôs que a luz trafega em pacotes de energia denominados fótons.
A energia de um fóton:
hc
hE
Energia Quantizada e Fótons
À medida que frequência aumenta , energia aumenta
À medida que comprimento de onda aumenta, energia diminui
PROBLEMAS NUMÉRICO
1-Os aparelhos de CD (compact disc) operam com lasers que emitem luz vermelha com o de 685 nm. Qual é a energia de um fóton desta luz? h = 6,63x10-34 J.s
(nm) ( m)
2- A luz violeta tem =410nm. Qual a sua frequência? Qual é a energia de um fóton de luz violeta? Qual a energia de 1,0 mol de fótons violeta? Compare a energia do fóton de luz violeta com a energia de um fóton de luz vermelha. Qual tem mais energia? Por qual fator?
Modelo de BohrModelo de Bohr
Bohr propôs alguns postulados:
• O elétron se move em torno de um núcleo em uma órbita fixa.
• As órbitas do elétron são restritas, isto é, nem todas órbitas são permitidas em qualquer situação
• Os elétrons em órbita NÃO emitem energia eletromagnética. Emissão de energia (ou absorção) ocorre somente na passagem de níveis.
• Cada órbita tem uma energia associada, e a diferença de energia entre dois níveis é igual à energia emitida/absorvida na mudança.
12 EEh
• Sabendo-se que a luz tem uma natureza de partícula, parece razoável perguntar se a matéria tem natureza ondulatória.
• Utilizando as equações de Einstein e de Planck, De Broglie propôs que todo tipo de matéria apresenta propriedades ondulatórias:
O momento, mv, é uma propriedade de partícula, enquanto λ é uma propriedade ondulatória.
• De Broglie resumiu os conceitos de ondas e partículas, com efeitos notáveis se os objetos são pequenos.
O comportamento O comportamento ondulatório da matériaondulatório da matéria
mvh
• Considere uma bola (0,150 Kg) se movendo a 41,6 m/s
• Um elétron na mesma velocidade:
mxsmKg
ssKgmx
sKgmJ
smKg
sJx
342234
22
34
1006,1)/6,41)(150,0(
/10626,6
)/6,41)(150,0(
/10626,6
mxsmKgx
ssKgmx
sKgmJ
smKgx
sJx
531
2234
22
31
34
1075,1)/6,41)(10109,9(
/10626,6
)/6,41)(10109,9(
/10626,6
Fora do espectro eletromagnético
Região IV
O princípio da incerteza de Heisenberg: na escala de massa de partículas atômicas, não podemos determinar exatamente a
posição, a direção do movimento e a velocidade simultaneamente.
•Para os elétrons: não podemos determinar seu momento e sua posição simultaneamente.
Nova abordagem da estrutura atômica leva em conta natureza ondulatória do elétron, seu comportamento é descrito em termos apropriados para ondas.Modelo descreve precisamente a energia do elétron e define sua localização em termos de probabilidades.
O princípio da incerteza
• Schrödinger propôs uma equação que contém os termos onda e partícula.
• A resolução da equação leva às funções de onda (ψ).
• A função de onda fornece o contorno do orbital eletrônico.
• O quadrado da função de onda fornece a probabilidade de se encontrar o elétron, isto é, dá a densidade eletrônica para o átomo.
Mecânica quântica e Mecânica quântica e orbitais atômicosorbitais atômicos
Mecânica quântica e Mecânica quântica e orbitais atômicosorbitais atômicos
Mecânica quântica e orbitais atômicos
Orbitais e números quânticos• Se resolvermos a equação de Schrödinger, teremos as funções de
onda e as energias para as funções de onda.
• Chamamos as funções de onda de orbitais.
• A equação de Schrödinger necessita de três números quânticos:
1. Número quântico principal, n. Informa a respeito da energia do orbital. À medida que n aumenta, o orbital torna-se maior e o elétron passa mais tempo mais distante do núcleo. n pode ser qualquer número inteiro de 1 a
Mecânica quântica e orbitais atômicos
Orbitais e números quânticos
• Os orbitais podem ser classificados em termos de energia para produzir um diagrama de Aufbau.
• Observe que o seguinte diagrama de Aufbau é para um sistema de um só elétron.
• À medida que n aumenta, o espaçamento entre os níveis de energia torna-se menor.
Mecânica quântica e orbitais atômicos
Orbitais e números quânticos
Mecânica quântica e orbitais atômicos
Representações dos orbitais
Orbitais s• Todos os orbitais s são esféricos.
• À medida que n aumenta, os orbitais s ficam maiores.
Orbitais p
• Existem três orbitais p, px, py, e pz.
• Os três orbitais p localizam-se ao longo dos eixos x-, y- e z- de um sistema cartesiano.
• As letras correspondem aos valores permitidos de ml, -1, 0, e +1.
• Os orbitais têm a forma de halteres.
• À medida que n aumenta, os orbitais p ficam maiores.
• Todos os orbitais p têm um nó no núcleo.
Representações dos orbitais
Representações dos orbitais
Orbitais p
Orbitais d e f
• Existem cinco orbitais d e sete orbitais f.
• Três dos orbitais d encontram-se em um plano bissecante aos eixos x-, y- e z.
• Dois dos orbitais d se encontram em um plano alinhado ao longo dos eixos x-, y- e z.
• Quatro dos orbitais d têm quatro lóbulos cada.
• Um orbital d tem dois lóbulos e um anel.
Representações dos orbitais
Representações dos orbitais
• Elétron comporta-se como se tivesse uma rotação, como a Terra.
• A descrição completa de um elétron em um átomo requer quatro números quânticos: n, l, ml
, ms
Representações dos orbitais
Atribuição dos elétrons
• Para formar um cátion a partir de um átomo neutro, um ou mais elétrons de valência são removidos:
Na: 1s2 2s2 2p6 3s1
Na+: [1s2 2s2 2p6 ]+ e-
Átomos e íons com elétrons desemparelhados são paramagnéticos (podem ser atraídos por um campo magnético). Do contrário são ditos diamagnéticos.
Configuração eletrônica dos íons
• Exercícios
1- Dê a configuração eletrônica do enxofre, usando as notações spdf, do gás nobre e de orbitais em caixas. Z=16
2- Dê a configuração eletrônica do cobre, e dos seus íons +1 e +2. Algum desses é paramagnético? Quantos elétrons desemparelhados há em cada um deles? Z=29
3- Utilizando a configuração eletrônica condensada para elétrons mais internos e de quadrículas para elétrons de valência, determine o número de elétrons desemparelhados nos seguintes átomos:
Ti - (Z=22)Ga - (Z=31)Rh - (Z=45)I - (Z=53)
4- Dê a configuração de orbitais em caixas para K+ e Cl-.
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